說到微型機器人，不知道大家首先想到的是什麼？是電影《大英雄天團》的磁力機器人嗎？還是《奈米獵殺》中的奈米機器？相信各位讀者都會想到無機物構成的冰冷機械。不過，來自哈佛大學的Kenichi Iwasaki和他所在Rayshubskiy 實驗室所提出的新概念，可能要顛覆各位讀者想像。針對微型機器人的問題，該團隊提出利用生體與機械結合的概念，也就是所謂的賽博(cyber)。他們提出利用機械誘導生物的方式，來取代製作微型機器人。對此，他們選用果蠅，一種實驗室常用的模式生物作為改造對象。 為了能夠高效率操控果蠅的行為，該團隊嘗試從兩種角度去誘導果蠅完成任務。第一種方式採用傳統的視覺誘導，利用果蠅本身的光運動反應（optomotor response）這是一種天生的條件反射，果蠅會感知視野中移動的圖案，作為移動的參照物。舉例來說，當果蠅收到由左至右移動的圖案時，牠們會傾向右轉來調整移動路徑。 利用這種特性，研究者設計了一種旋轉的藍黑相間風車圖案，並利用投影的方式投影在野生型果蠅的周圍。當圖案順時鐘旋轉時，果蠅就會被誘導右轉；當圖案逆時鐘旋轉，果蠅則會被誘導左轉。利用這個方法，研究團隊成功讓果蠅在他們的指示下，完成各種路徑誘導任務，例如誘導牠們走出Hellow world 字母圖案，完成該任務的準確度甚至高達94%。 當然這種方法並非完全沒有缺陷，在果蠅周邊一直投影誘導顯然不太現實。對此，研究團隊想出了另一種方法來實際操控牠們，那就是光遺傳學（optogenetic ），更準確的說法是用用光遺傳學改造嗅覺。 為了使這些果蠅能夠聞到特定波長的光，研究團隊改造了果蠅的基因，他們利用orco-Gal4系統（一種果蠅常用的基因轉殖系統）將CsDrimson（紅光敏感通道視紫質）、ChR2（藍光敏通道感視紫質）兩種蛋白通道的基因轉入果蠅嗅覺受體神經元(ORNs)，使其在觸角上大量表達這些蛋白質。這樣的做法有點類似讓果蠅的鼻子長一個眼睛，不過這個眼睛不會成像，只會在照到紅藍光時，往牠們的大腦輸出食物的香味訊號（誘因）。除了設置好光通道外，研究團隊還要確保果蠅的光通道蛋白表達穩定，他們在果蠅的食物大量添加反式視黃醛。（註：反式視黃醛為視紫質合成原料） 一切都準備好後，研究人員會在果蠅左右觸角上，塗上紅藍兩種不同顏色。這是為了確保用紅光與藍光進行誘導時，觸角的其中一種光通道不會受到另一種的影響（比方說，左側塗藍，就只有藍光會傳遞訊號；右側塗紅，只有紅光傳遞訊號）。和視覺測試類似，研究人員同樣會對果蠅進行相關誘導測試，觀察牠們是否能勝任複雜的路徑。不過不同的是，這次使用光直接誘導牠們轉向，藍光向左，紅光向右。在光遺傳學條件下，果蠅的成功率約為80%。雖然成功率略低於視覺誘導，但勝在好操控，可塑性強。 當然，想要製作一隻超級偵查果蠅，服從命令只能算是基本。研究團隊除了文字描繪外，還設計了多種不同的測試，例如迷宮導航、負重訓練（背負1.1毫克重物）、物體交互訓練（操控果蠅推動10毫克球體）、多果蠅編隊測試。在這些測試下，果蠅都有極佳的可控性與表現。 針對這樣不錯的實驗結果，研究團隊期望未來能讓這些果蠅展現更多潛力，像是震災救援、農作物偵測等。當然研究團隊並不滿足於現狀，他們坦言要投入實際應用，仍要克服許多挑戰。不過，相信在團隊成員與果蠅通力合作下，肯定能為生體機械領域帶來跨時代的革新。 圖（一）果蠅視覺誘導實驗與相關數據，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（二）光遺傳誘導果蠅實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（三）誘導果蠅排出字母實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（四）迷宮測試果蠅的可控性實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（五）果蠅負重實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（六）果蠅移動重物實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（七）多隻果蠅協調訓練實驗，包含陣形與字母書寫，感謝Kenichi Iwasaki分享 作者：Rodrigo 參考資料： Iwasaki, K., Neuhauser, C., Stokes, C., & Rayshubskiy, A. (2025). The Fruit Fly, Drosophila Melanogaster, as a Microrobotics Platform. PNAS, 122(15).
說到微型機器人，不知道大家首先想到的是什麼？是電影《大英雄天團》的磁力機器人嗎？還是《奈米獵殺》中的奈米機器？相信各位讀者都會想到無機物構成的冰冷機械。不過，來自哈佛大學的Kenichi Iwasaki和他所在Rayshubskiy 實驗室所提出的新概念，可能要顛覆各位讀者想像。針對微型機器人的問題，該團隊提出利用生體與機械結合的概念，也就是所謂的賽博(cyber)。他們提出利用機械誘導生物的方式，來取代製作微型機器人。對此，他們選用果蠅，一種實驗室常用的模式生物作為改造對象。 為了能夠高效率操控果蠅的行為，該團隊嘗試從兩種角度去誘導果蠅完成任務。第一種方式採用傳統的視覺誘導，利用果蠅本身的光運動反應（optomotor response）這是一種天生的條件反射，果蠅會感知視野中移動的圖案，作為移動的參照物。舉例來說，當果蠅收到由左至右移動的圖案時，牠們會傾向右轉來調整移動路徑。 利用這種特性，研究者設計了一種旋轉的藍黑相間風車圖案，並利用投影的方式投影在野生型果蠅的周圍。當圖案順時鐘旋轉時，果蠅就會被誘導右轉；當圖案逆時鐘旋轉，果蠅則會被誘導左轉。利用這個方法，研究團隊成功讓果蠅在他們的指示下，完成各種路徑誘導任務，例如誘導牠們走出Hellow world 字母圖案，完成該任務的準確度甚至高達94%。 當然這種方法並非完全沒有缺陷，在果蠅周邊一直投影誘導顯然不太現實。對此，研究團隊想出了另一種方法來實際操控牠們，那就是光遺傳學（optogenetic ），更準確的說法是用用光遺傳學改造嗅覺。 為了使這些果蠅能夠聞到特定波長的光，研究團隊改造了果蠅的基因，他們利用orco-Gal4系統（一種果蠅常用的基因轉殖系統）將CsDrimson（紅光敏感通道視紫質）、ChR2（藍光敏通道感視紫質）兩種蛋白通道的基因轉入果蠅嗅覺受體神經元(ORNs)，使其在觸角上大量表達這些蛋白質。這樣的做法有點類似讓果蠅的鼻子長一個眼睛，不過這個眼睛不會成像，只會在照到紅藍光時，往牠們的大腦輸出食物的香味訊號（誘因）。除了設置好光通道外，研究團隊還要確保果蠅的光通道蛋白表達穩定，他們在果蠅的食物大量添加反式視黃醛。（註：反式視黃醛為視紫質合成原料） 一切都準備好後，研究人員會在果蠅左右觸角上，塗上紅藍兩種不同顏色。這是為了確保用紅光與藍光進行誘導時，觸角的其中一種光通道不會受到另一種的影響（比方說，左側塗藍，就只有藍光會傳遞訊號；右側塗紅，只有紅光傳遞訊號）。和視覺測試類似，研究人員同樣會對果蠅進行相關誘導測試，觀察牠們是否能勝任複雜的路徑。不過不同的是，這次使用光直接誘導牠們轉向，藍光向左，紅光向右。在光遺傳學條件下，果蠅的成功率約為80%。雖然成功率略低於視覺誘導，但勝在好操控，可塑性強。 當然，想要製作一隻超級偵查果蠅，服從命令只能算是基本。研究團隊除了文字描繪外，還設計了多種不同的測試，例如迷宮導航、負重訓練（背負1.1毫克重物）、物體交互訓練（操控果蠅推動10毫克球體）、多果蠅編隊測試。在這些測試下，果蠅都有極佳的可控性與表現。 針對這樣不錯的實驗結果，研究團隊期望未來能讓這些果蠅展現更多潛力，像是震災救援、農作物偵測等。當然研究團隊並不滿足於現狀，他們坦言要投入實際應用，仍要克服許多挑戰。不過，相信在團隊成員與果蠅通力合作下，肯定能為生體機械領域帶來跨時代的革新。 圖（一）果蠅視覺誘導實驗與相關數據，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（二）光遺傳誘導果蠅實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（三）誘導果蠅排出字母實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（四）迷宮測試果蠅的可控性實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（五）果蠅負重實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（六）果蠅移動重物實驗，感謝Kenichi Iwasaki分享 圖（七）多隻果蠅協調訓練實驗，包含陣形與字母書寫，感謝Kenichi Iwasaki分享 作者：Rodrigo 參考資料： Iwasaki, K., Neuhauser, C., Stokes, C., & Rayshubskiy, A. (2025). The Fruit Fly, Drosophila Melanogaster, as a Microrobotics Platform. PNAS, 122(15).